[發明專利]針對機械裝備的可適應性動態設計平臺構建方法

有效

• 申請號: 201210543216.3
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103020358A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 王太勇;李煜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種針對機械裝備的可適應性動態設計平臺構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：搭建適用于目標機械裝備制造的可適應服務平臺，包括：

1-1.以市場調研為準繩，根據用戶對于產品規格尺寸、功能、性能的不同要求進行產品細分，從而建立客戶需求模型；

1-2.對目標機械裝備進行產品族規劃，從而得到產品族型譜系列，并對產品族型譜系列進行擴展；

1-3.功能模塊劃分，模型創建：對目標機械裝備進行功能模塊劃分；然后，對功能模塊進行CAD建模，考慮惡劣工況，對各功能模塊單件進行CAE靜剛度校驗；

1-4建立柔性編碼系統：結合目標機械裝備的特點，遵循編碼規則將復雜的產品信息轉化成由字符組成的編碼，對功能模塊的規格、工藝、功能信息進行描述；

1-5.建立產品族模塊結構庫，并據此建立典型大類虛擬樣機整機模型；

至此，搭建起可適應服務平臺，為下一步中的循跡動態設計做好基礎；

步驟二：對目標產品進行循跡動態設計，包括：

2-1.針對具體客戶的實際需求，調用步驟一中搭建好的產品族模塊結構庫，建立起虛擬樣機整機模型，并進行干涉檢查；

2-2.虛擬樣機整機模型CAE靜剛度分析:驗證其靜剛度參數是否滿足實際功能要求，若不滿足，則修正虛擬樣機整機模型，若滿足，進入下一步；

2-3.虛擬樣機整機模型CAE動態分析、運動分析：通過CAE動態分析，計算得到虛擬樣機整機模型前6階模態振型和相應的模態頻率；通過運動分析，驗證虛擬樣機整機模型的裝配方案，并輸出關鍵部位的速度，位移，加速度時間曲線；

2-4.對客戶原始樣機和各關鍵結構進行動力學建模，綜合考慮原始樣機的實際情況，采用適用于目標樣機的激勵、拾振方案，布置測點，進行模態實驗，分析實驗數據，得到實際樣機的前6階振型和相應的頻率；

2-5.比對虛擬樣機整機模型有限元計算結果與實際樣機模態實驗結果，如果吻合則進入下一步，否則修正有限元模型，并返回步驟2-2；

步驟三：對目標樣機進行變量化優化設計，包括：

3-1.變量化分析及優化：對上一步中得到的虛擬樣機整機模型進行變量化分析，以虛擬樣機整機結構中的關鍵設計參數為設計變量，根據所述設計變量對結構靜態或動態性能的影響，通過有限元計算，靈敏度分析和變參數分析，修正有限元模型得到虛擬樣機整機優化模型；

3-2.工藝性分析及優化：驗證虛擬樣機整機模型各關鍵結構是否符合制造和修理方面的工藝性要求，是否和生產條件相適應，通過優化虛擬樣機整機模型，確保其具有良好的加工、裝配可能性和經濟性；

3-3.生產實際樣機，實驗驗證：在上述變量化分析和工藝性分析的基礎上，生產單臺試驗樣機進行關鍵結構動平衡實驗和實際運行響應實驗，驗證樣機是否能夠滿足預定的功能性能要求，若不滿足，根據實際情況返回3-1或3-2修改模型；

若滿足要求，則以步驟一中所建立的客戶需求模型為準繩，對優化樣機進行特定客戶需求校驗，若符合校驗標準，則得到最終優化虛擬樣機整機模型，并將主要功能模塊組分存入產品族模塊結構庫，對原始產品族模塊結構庫進行補充更新，進入下一步；否則，修正有限元模型，并返回步驟2-2；

3-4.CAM批量化生產：將最終優化虛擬樣機整機模型導入到CAM軟件中，交由數控機床加工，實現批量化生產；

還有，通過搭建一PDM服務平臺將上述可適應服務平臺、循跡動態設計和變量化設計耦合為一個整體；所述PDM服務平臺用于管理其中的CAD和CAE數據，同時，支持CAD和CAE的實時運行；上述所有步驟中涉及到的CAD建模、CAE靜剛度分析、CAE動態分析和變量化優化設計過程均基于Solidworks2012軟件平臺實現，無需轉化格式，實現數據傳輸無縫連接。

2.根據權利要求1所述一種針對機械裝備的可適應性動態設計平臺構建方法，其特征在于：步驟1-2中對產品族型譜系列進行擴展包括橫系列擴展和縱系列擴展，橫系列擴展是對功能結構的擴展，縱系列擴展是對規格尺寸的擴展。

3.根據權利要求1所述一種針對機械裝備的可適應性動態設計平臺構建方法，其特征在于：步驟2-5中所述修正有限元模型及步驟3-1中所述關鍵設計參數視不同機械裝備結構而確定。

4.根據權利要求3所述一種針對機械裝備的可適應性動態設計平臺構建方法，其特征在于：機械設備為大型數控落地鏜銑床，該大型數控落地鏜銑床的立柱的靜、動態參數指標對機床加工性能影響很大，關鍵設計參數為立柱內部橫縱向筋板排布密度、厚度和高度參數，修正有限元模型即對這些關鍵設計參數進行離散取值以得到最優解。